Brasagem de aço inoxidável

Brasagem de aço inoxidável

1. Brasabilidade

O principal problema na brasagem de aço inoxidável é que a película de óxido na superfície afeta seriamente a molhabilidade e o espalhamento da solda. Vários aços inoxidáveis ​​contêm uma quantidade considerável de Cr, e alguns também contêm Ni, Ti, Mn, Mo, Nb e outros elementos, que podem formar uma variedade de óxidos ou mesmo óxidos compostos na superfície. Entre eles, os óxidos Cr₂O₃ e TiO₂ de Cr e Ti são bastante estáveis ​​e difíceis de remover. Na brasagem ao ar, é necessário usar fluxo ativo para removê-los; na brasagem em atmosfera protetora, a película de óxido só pode ser reduzida em atmosfera de alta pureza com baixo ponto de orvalho e temperatura suficientemente alta; na brasagem a vácuo, é necessário vácuo e temperatura suficientes para obter um bom resultado de brasagem.

Outro problema da brasagem de aço inoxidável é que a temperatura de aquecimento afeta seriamente a estrutura do metal base. A temperatura de brasagem do aço inoxidável austenítico não deve ser superior a 1150 °C, caso contrário, ocorrerá um crescimento significativo dos grãos. Se o aço inoxidável austenítico não contiver elementos estáveis ​​como titânio (Ti) ou nióbio (Nb) e apresentar alto teor de carbono, a brasagem na faixa de temperatura de sensibilização (500 a 850 °C) também deve ser evitada, para prevenir a diminuição da resistência à corrosão devido à precipitação de carboneto de cromo. A seleção da temperatura de brasagem para o aço inoxidável martensítico é mais rigorosa. Uma das medidas é combinar a temperatura de brasagem com a temperatura de têmpera, de modo a integrar o processo de brasagem ao tratamento térmico; a outra é que a temperatura de brasagem deve ser inferior à temperatura de revenido para evitar o amolecimento do metal base durante a brasagem. O princípio de seleção da temperatura de brasagem do aço inoxidável endurecido por precipitação é o mesmo que o do aço inoxidável martensítico, ou seja, a temperatura de brasagem deve corresponder ao sistema de tratamento térmico para obter as melhores propriedades mecânicas.

Além dos dois problemas principais mencionados acima, existe uma tendência à fissuração por tensão durante a brasagem de aço inoxidável austenítico, especialmente quando se utiliza metal de adição de cobre-zinco. Para evitar a fissuração por tensão, a peça deve ser submetida a um recozimento para alívio de tensões antes da brasagem e aquecida uniformemente durante o processo.

2. Material de brasagem

(1) De acordo com os requisitos de utilização de soldaduras de aço inoxidável, os metais de enchimento de brasagem mais utilizados para soldaduras de aço inoxidável incluem metal de enchimento de brasagem de estanho-chumbo, metal de enchimento de brasagem à base de prata, metal de enchimento de brasagem à base de cobre, metal de enchimento de brasagem à base de manganês, metal de enchimento de brasagem à base de níquel e metal de enchimento de brasagem de metal precioso.

A solda de estanho-chumbo é usada principalmente para soldar aço inoxidável e é adequada para soldas com alto teor de estanho. Quanto maior o teor de estanho na solda, melhor sua molhabilidade no aço inoxidável. A resistência ao cisalhamento de juntas de aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti brasadas com diversas soldas de estanho-chumbo comuns está listada na Tabela 3. Devido à baixa resistência das juntas, elas são usadas apenas para brasagem de peças com pequena capacidade de carga.

Tabela 3: Resistência ao cisalhamento da junta de aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti brasada com solda de estanho-chumbo.

As ligas de prata são as mais utilizadas para brasagem de aço inoxidável. Entre elas, as ligas de prata-cobre-zinco e prata-cobre-zinco-cádmio são as mais comuns, pois a temperatura de brasagem tem pouco efeito sobre as propriedades do metal base. A resistência das juntas de aço inoxidável ICr18Ni9Ti brasadas com algumas ligas de prata comuns está listada na Tabela 4. As juntas de aço inoxidável brasadas com ligas de prata raramente são utilizadas em meios altamente corrosivos, e a temperatura de trabalho das juntas geralmente não ultrapassa 300 °C. Ao brasagem de aço inoxidável sem níquel, para evitar a corrosão da junta brasada em ambientes úmidos, deve-se utilizar uma liga com maior teor de níquel, como a B-AG50CUZNCDNI. Ao brasagem de aço inoxidável martensítico, para evitar o amolecimento do metal base, deve-se utilizar uma liga com temperatura de brasagem que não exceda 650 °C, como a B-AG40CUZNCD. Na brasagem de aço inoxidável em atmosfera protetora, para remover a película de óxido da superfície, pode-se utilizar um fluxo auto-brasante contendo lítio, como o B-AG92CULI e o B-AG72CULI. Na brasagem de aço inoxidável a vácuo, para garantir boa molhabilidade do metal de adição, mesmo sem elementos como Zn e CD, que evaporam facilmente, pode-se optar por um metal de adição à base de prata contendo elementos como Mn, Ni e Rd.

Tabela 4: Resistência da junta de aço inoxidável ICr18Ni9Ti brasada com metal de adição à base de prata

Os metais de adição para brasagem à base de cobre, utilizados para brasagem de diferentes aços, são principalmente cobre puro, cobre-níquel e cobre-manganês-cobalto. O cobre puro é utilizado principalmente para brasagem sob atmosfera protetora ou vácuo. A temperatura de trabalho da junta de aço inoxidável não ultrapassa 400 °C, porém a junta apresenta baixa resistência à oxidação. O cobre-níquel é utilizado principalmente para brasagem por chama e brasagem por indução. A resistência da junta de aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti brasada é apresentada na Tabela 5. Observa-se que a junta apresenta resistência semelhante à do metal base e suporta altas temperaturas de trabalho. O cobre-manganês-cobalto é utilizado principalmente para brasagem de aço inoxidável martensítico em atmosfera protetora. A resistência da junta e a temperatura de trabalho são comparáveis ​​às obtidas com brasagem à base de ouro. Por exemplo, a junta de aço inoxidável 1Cr13 brasada com solda b-cu58mnco tem o mesmo desempenho que a mesma junta de aço inoxidável brasada com solda b-au82ni (ver Tabela 6), mas o custo de produção é bastante reduzido.

Tabela 5: Resistência ao cisalhamento da junta de aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti brasada com metal de adição à base de cobre para alta temperatura.

Tabela 6: Resistência ao cisalhamento da junta brasada de aço inoxidável 1Cr13

As ligas de brasagem à base de manganês são utilizadas principalmente em brasagem com proteção gasosa, sendo necessária alta pureza do gás. Para evitar o crescimento de grãos no metal base, deve-se selecionar uma liga de brasagem com temperatura de brasagem inferior a 1150 °C. Um efeito de brasagem satisfatório pode ser obtido em juntas de aço inoxidável brasadas com solda à base de manganês, conforme mostrado na Tabela 7. A temperatura de trabalho da junta pode atingir 600 °C.

Tabela 7: Resistência ao cisalhamento da junta de aço inoxidável LCR18Ni9Fi brasada com metal de adição à base de manganês.

Quando o aço inoxidável é brasado com metal de adição à base de níquel, a junta apresenta bom desempenho em altas temperaturas. Esse metal de adição é geralmente utilizado em brasagem com proteção gasosa ou brasagem a vácuo. Para superar o problema da formação de compostos mais frágeis na junta brasada durante o processo, o que reduz significativamente a resistência e a plasticidade da junta, a folga da junta deve ser minimizada para garantir que os elementos que formam fases frágeis na solda sejam totalmente difundidos no metal base. Para evitar o crescimento de grãos no metal base devido ao longo tempo de permanência na temperatura de brasagem, podem ser adotadas medidas como tempo de permanência reduzido e tratamento de difusão a uma temperatura mais baixa (em comparação com a temperatura de brasagem) após a soldagem.

Os metais de adição para brasagem de aço inoxidável, principalmente os metais de adição à base de ouro e os metais de adição contendo paládio, são os mais comuns o B-Au82Ni, o B-Ag54CuPD e o B-Au82Ni, que apresentam boa molhabilidade. A junta de aço inoxidável brasada possui alta resistência mecânica a altas temperaturas e à oxidação, podendo atingir uma temperatura máxima de trabalho de 800 °C. O B-Ag54CuPD possui características semelhantes ao B-Au82Ni e seu preço é mais baixo, sendo, portanto, uma alternativa viável ao B-Au82Ni.

(2) A superfície do aço inoxidável em atmosfera de fluxo e forno contém óxidos como Cr2O3 e TiO2, que só podem ser removidos com o uso de fluxo de alta atividade. Quando o aço inoxidável é brasado com solda de estanho-chumbo, o fluxo adequado é a solução aquosa de ácido fosfórico ou a solução de óxido de zinco em ácido clorídrico. O tempo de atividade da solução aquosa de ácido fosfórico é curto, portanto, o método de brasagem por aquecimento rápido deve ser adotado. Os fluxos Fb102, Fb103 ou Fb104 podem ser usados ​​para brasagem de aço inoxidável com metais de adição à base de prata. Quando o aço inoxidável é brasado com metal de adição à base de cobre, o fluxo Fb105 é usado devido à alta temperatura de brasagem.

Na brasagem de aço inoxidável em forno, geralmente se utiliza atmosfera de vácuo ou atmosfera protetora, como hidrogênio, argônio e amônia decomposta. Durante a brasagem a vácuo, a pressão deve ser inferior a 10⁻² Pa. Ao brasagem em atmosfera protetora, o ponto de orvalho do gás não deve ser superior a -40 °C. Caso a pureza do gás seja insuficiente ou a temperatura de brasagem não seja alta o suficiente, pode-se adicionar uma pequena quantidade de fluxo de brasagem gasoso, como trifluoreto de boro, à atmosfera.

2. Tecnologia de brasagem

O aço inoxidável deve ser limpo com mais rigor antes da brasagem para remover qualquer resíduo de graxa e óleo. É melhor realizar a brasagem imediatamente após a limpeza.

A brasagem de aço inoxidável pode ser feita por meio de aquecimento por chama, indução e forno. O forno de brasagem deve possuir um bom sistema de controle de temperatura (a variação da temperatura de brasagem deve ser de ± 6 °C) e permitir um resfriamento rápido. Quando o hidrogênio é utilizado como gás de proteção na brasagem, os requisitos para o hidrogênio dependem da temperatura de brasagem e da composição do metal base; ou seja, quanto menor a temperatura de brasagem, maior a quantidade de estabilizante presente no metal base e menor o ponto de orvalho do hidrogênio necessário. Por exemplo, para aços inoxidáveis ​​martensíticos como o 1Cr13 e o Cr17Ni2T, ao brasagem a 1000 °C, o ponto de orvalho do hidrogênio deve ser inferior a -40 °C; para o aço inoxidável cromo-níquel 18-8 sem estabilizante, o ponto de orvalho do hidrogênio deve ser inferior a 25 °C durante a brasagem a 1150 °C. No entanto, para o aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti contendo estabilizador de titânio, o ponto de orvalho do hidrogênio deve ser inferior a -40 °C ao brasagem a 1150 °C. Ao brasagem com proteção de argônio, a pureza do argônio deve ser maior. Se houver revestimento de cobre ou níquel na superfície do aço inoxidável, a exigência de pureza do gás de proteção pode ser reduzida. Para garantir a remoção da película de óxido na superfície do aço inoxidável, pode-se adicionar fluxo de gás BF3, e solda auto-fluxo contendo lítio ou boro também pode ser utilizada. Ao brasagem a vácuo de aço inoxidável, os requisitos de grau de vácuo dependem da temperatura de brasagem. Com o aumento da temperatura de brasagem, o vácuo necessário pode ser reduzido.

O principal processo de brasagem do aço inoxidável consiste na remoção do fluxo residual e do inibidor de escoamento residual, seguido de tratamento térmico pós-brasagem, se necessário. Dependendo do fluxo e do método de brasagem utilizados, o fluxo residual pode ser removido por lavagem com água, limpeza mecânica ou química. Caso seja utilizado abrasivo para a remoção do fluxo residual ou da película de óxido na área aquecida próxima à junta, deve-se utilizar areia ou outras partículas finas não metálicas. Peças fabricadas em aço inoxidável martensítico e aço inoxidável de endurecimento por precipitação necessitam de tratamento térmico de acordo com as exigências específicas do material após a brasagem. Juntas de aço inoxidável brasadas com metais de adição NiCrB e NiCrSi são frequentemente submetidas a tratamento térmico por difusão após a brasagem para reduzir a espessura da junta e melhorar a microestrutura e as propriedades da mesma.